Ruolo dei recettori eccitatori ed inibitori dei motoneuroni spinali in un modello murino genetico di Sclerosi Laterale Amiotrofica

Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disease characterized by a progressive loss of motor neurons in the spinal cord, brain stem and motor cortex. Aetiology of sporadic and familial ALS is still unknown. Among different hypothesis, excitotoxicity is the most discussed. In particular glutamate excitotoxicity seems to be due to calcium influx through AMPA receptors. Since previous works of our and other laboratories have shown that in a mouse model of ALS, the membrane calcium permeability is not affected, the aim of this work was to understand the deathly pathways, induced by the AMPA receptor activation. We use a transgenic mouse model of ALS, expressing a SOD1 mutation (G93A) observed in patients affected by familial ALS. Our study demonstrate that in G93A motor neurons there is a calcium clearance alteration. In particular, there is a specific alteration of the calcium clearance linked to AMPA receptors’ activation and not to voltage-dependent calcium channels’ activation. These data open new prospects to study the signal-transduction pathways linked to AMPA receptors’ activation in ALS model. Chloride influx mediated by GABA receptors activation, could aggravate excitotoxic conditions. In particular, the analyzed GABAA receptors show, in G93A motor neurons, a higher affinity for GABA and a different desensitization kinetic respect to control. G93A motor neurons have a higher extent of desensitization with the consequence to spent more time in the open state and with a substantial increase in chloride influx. These functional characteristics could be related to structural alterations linked to the preferential expression of particular subunits. In conclusion, the motor neurons death in the mouse model of ALS can be linked to calcium and chloride excitotoxicity. Our data may confirm the involvement of AMPA and GABA ionotropic receptors in ALS physiopathology.

La SLA è una patologia neurodegenerativa caratterizzata da una progressiva degenerazione dei motoneuroni, sia nella corteccia cerebrale, sia nelle corna anteriori del midollo spinale e nel tronco cerebrale. L’eziologia sia della forma familiare che sporadica di questa malattia è ancora sconosciuta. Tra le diverse ipotesi formulate, la più accreditata è quella dell’eccitotossicità. In particolare l’eccitotossicità mediata dal glutammato sembra essere correlata all’ingresso di ioni calcio attraverso i recettori AMPA. Poiché dati precedentemente ottenuti dal nostro e da altri laboratori dimostrano che nel modello murino di SLA non si riscontra un’alterazione della permeabilità dei recettori AMPA al calcio, obiettivo di questo lavoro è stata la comprensione di quegli eventi che, a seguito dell’attivazione di questi recettori portano alla morte dei motoneuroni. Per lo studio della SLA sono stati utilizzati topi transgenici che esprimono la stessa mutazione della SOD1 osservata in alcuni pazienti affetti dalla forma ereditaria di questa patologia (G93A). Dagli studi effettuati emerge che, nei motoneuroni G93A, i meccanismi di omeostasi del calcio deputati a riportare il calcio intracellulare alle concentrazioni fisiologiche sono alterati. In particolare risultano essere insufficienti i meccanismi che intervengono selettivamente a seguito dell’attivazione dei recettori AMPA e non dei canali voltaggio dipendenti del calcio. Queste osservazioni aprono nuove prospettive per lo studio, nella SLA, dei meccanismi di traduzione del segnale attivati dall’AMPA. Il danno eccitotossico potrebbe inoltre essere aggravato dall’ingresso di cloro che si potrebbe verificare attraverso i recettori ionotropici del GABA. In particolare i recettori GABAA che abbiamo analizzato in questo studio, presentano nei motoneuroni G93A una maggior affinità per il loro agonista e una diversa cinetica di desensitizzazione rispetto ai controlli. I motoneuroni del modello murino di SLA presentano infatti una maggior percentuale di corrente non desensitizzante che determina un maggior tempo di apertura del canale e quindi un maggior ingresso di ioni cloro. Queste differenze funzionali sembrano essere correlate ad alterazioni strutturali del recettore dovute alla maggior espressione di particolari subunità. Dai dati riportati si può quindi concludere che nel modello murino di SLA, la morte selettiva dei motoneuroni potrebbe essere la conseguenza di un danno eccitotossico mediato dal calcio e dal cloro. I dati riportati in questa tesi sembrano, quindi, confermare il coinvolgimento dei recettori ionotropici dell’AMPA e del GABA nella fisiopatologia della SLA.